El EM-rotator
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Cuando ambas masas no están conectadas mediante una varilla rígida sin masa y son masas cargadas, como el electrón (Me) y el protón (Mp) en el átomo de hidrógeno, las propiedades anteriores del rotador mecánico libre también deben ser válidas en situaciones estables.
Para obtener un EM-rotator gratuito con órbitas estables, la función de la barra sin masa debe asumir las fuerzas que actúan sobre los electrones y el núcleo en el átomo. Todas las fuerzas deben neutralizarse/igualarse durante la rotación del electrón alrededor del protón en todo momento.
En una situación estable, deben ser válidas las siguientes condiciones mecánicas para el protón (Mp) y el electrón (Me) en el átomo de hidrógeno:
La fuerza centrífuga Fc, que actúa por igual sobre el protón y el electrón, debe ser compensada por las fuerzas internas; la fuerza electrostática Fe. Consideramos el rotador libre de EM donde la fuerza centrífuga (Fc) se compensa en todo momento con la fuerza electrostática (Fe). Esta suposición implica que el electrón está en una órbita estable alrededor del protón.
Los requisitos mecánicos adicionales para el rotador EM estable son:
y
La solución de equilibrio para el EM-rotator libre y estable es:
(1)
Donde Re es la distancia del electrón al punto de rotación del sistema (la figura 1), Me la masa del electrón, Mp la masa del protón, Ve la velocidad de rotación del electrón, e la carga elemental del electrón y εo la constante dieléctrica en el vacío.
Observación: En los capítulos anteriores la carga elemental del electrón se denominó “Qe”. En este capítulo la carga elemental del electrón se llama “e” porque en artículos de física ese es el símbolo que normalmente se usa para la carga de un electrón.
Esta ecuación describe el radio Re del electrón en órbita como función de la velocidad de rotación Ve en la situación donde el sistema es estable (dE/dt=0) y la velocidad orbital es constante (dVe/dt=0). Al analizar esta ecuación observamos que para cualquier velocidad del electrón Ve existe una solución posible Re.
La situación en la figura 1 también ilustra la condición en que el electrón y el protón están ambos en una órbita estable alrededor de O. La fuerza electrostática Fe compensa ahora la fuerza centrífuga Fc.
Así como existe para cualquier velocidad del electrón Ve también una distancia orbital Re donde todas las fuerzas están en equilibrio, hay infinitas soluciones y, por lo tanto, no existen soluciones teóricas basadas en este modelo que se asemejen a la realidad de niveles de energía fijos.
El protón y el electrón tienen, además de masa, también una carga. Porque el protón y el electrón no se mueven relativamente entre sí en una situación de órbita estable, no hay campos magnéticos inducidos.
El electrón y el protón en movimiento presentarían cada uno una corriente eléctrica cuando la fuerza centrífuga no está (completamente) compensada por la fuerza electrostática. Los campos magnéticos inducidos al electrón y al núcleo, cuando no hay fuerza electrostática (Fe=0), inducirían una fuerza magnética máxima Fm entre el protón y el electrón igual a:
Esta fuerza magnética Fm, cuando sea relevante, sería insignificante comparada con la fuerza electrostática Fe. Las fuerzas nucleares son insignificantes a la distancia molecular.
Una carga en movimiento presenta energía dinámica en forma de energía magnética. El modelo de Rutherford se consideró inestable porque los electrones que giran alrededor del núcleo perderían energía al emitir radiación; por lo tanto, se consideró imposible un EM‑rotator estable como el modelo de Rutherford. Una carga en movimiento puede emitir radiación y perder energía, pero no es cierto que una carga en movimiento en todas las circunstancias deba perder energía. Nos remitimos al artículo “The Equivalence of magnetic and Kinetic Energy” donde se demuestra que ambas formas de energía son idénticas. Una masa en movimiento puede girar indefinidamente sin perder energía y lo mismo puede ocurrir con una carga. Cuando hay abundancia de energía, una carga puede oscilar. Esta energía de oscilación es energía redundante y, por lo tanto, puede inducir/emitir radiación electromagnética.
Próximo capítulo: The Energy Level of the Hydrogen EM-free Rotator Atom
